Fast, efficient and dynamically optimized data and hardware architectures for string matching
Dizi eşleme amaçlı verimli veri ve donanım mimarileri
- Tez No: 383279
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN CENGİZ GÜRAN, DOÇ. DR. ŞENAN ECE SCHMİDT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Verilen bir dizi kümesini kendi girişinde arayan dizi eşleme modülleri (SMM), ağ sızıntı tespit sistemleri gibi bir çok hesaplama alanında kullanılır. Bir SMM, giriş verisini yüksek hızlarda tararken, doğru sonuçlar üretmesi beklenir. Ayrıca, aranan dizi kümeleri genelde büyüktür ve boyutları da sürekli artmaktadır. Bu tezde, hızlı, doğru ve verimli tasarım gerekliliği motivasyonu ile, büyük miktarda veriyi dizi kümeleri için sıkıştırarak temsil etmek maksadıyla Bloom Filter'leri kullanan bir kaç SMM yapısı önerilmektedir. Bu yapılar,Bloom filtrelerin olumlu eşleme sonuçlarının doğrulanması sebebiyle oluşan ve iyi bilinen yavaşlama problemini çözmeyi hedefler. Bu amaçla, tezin ilk katkısı olarak, doğrulama maksatlı olarak kullanılan ikinci bir filtre içeren Çift Bloom filtreli dizi eşleme modülü (DBF-SMM) oluşturulmuştur. DBF-SMM'in analiz, değerlendirme ve uygulamaları gösterilmiştir. Ayrıca, DBF-SMM'in istenen işlevi, SystemC ortamında ilgili yapı modellenip test edilerek doğrulanmıştır. Analiz ve uygulama sonuçlarımız, DBF-SMM'in Bloom filtre tabanlı diğer SMM tasarımlarından tepki süresinin yüksek dizi saklama verimliliği ve donanım ölçeklendirilebilirliliği ile korunması açısından daha üstün olduğunu gösterir. DBF-SMM sabit boyutlu diziler için tasarlanmıştır. Tezin ikinci katkısı ise, karakterler arası durum geçişleri ile değişken boyutlu dizileri saklayan sonlu makine tabanlı tasarımlardır. Bu maksatla, durum geçişleri sınıfları tanımlanmıştır. Daha sonra, iyi bilinen Aho-Corasick algoritması gerçeklenmesi, Bloom filtreleri ve CAM-RAM tablolarını kullanarak uygun geçiş sınıflarını etkili bir şekilde donanımda saklayacak ve sorgulayacak şekilde değiştirilmiştir. Bu yapıda Bloom filtre DBF-SMM olarak gerçeklenmiştir. Önerilen SMM yapısı, bütün diğer SMM tasarımlarından üstün hafıza verimliliğine, hızlı ve ölçeklenebilir donanım tasarımıyla sahiptir.
Özet (Çeviri)
Many fields of computing such as network intrusion detection employ string matching modules (SMM) that search for a given set of strings in their input. An SMM is expected to produce correct outcomes while scanning the input data at high rates. Furthermore, the string sets that are searched for are usually large and their sizes increase steadily. In this thesis, motivated by the requirement of designing fast, accurate and efficient SMMs; we propose a number of SMM architectures that employ Bloom Filters to compactly represent the large amounts of data for the string sets. The proposed architectures address the well-known slowdown problem of the Bloom Filters because of the verifications of the positive matches. To this end, the first contribution of the thesis is Double Bloom Filter SMM (DBF-SMM) which employs a second Bloom Filter which acts as a verification engine. We present an analysis, evaluation and implementation of the DBF-SMM. We further verify the required functionality of the DBF-SMM by modeling and testing the architecture in SystemC environment. Our analytical and implementation results demonstrate that DBF-SMM is superior to the existing Bloom Filter based SMM designs in terms of sustainability of the response time with high string storage efficiency and hardware scalability. DBF-SMM is designed for fixed size strings. The second contribution of the thesis is a finite automaton-based design that stores variable size strings as state transitions between characters. To this end, we first identify the classes of state transitions. We then modify the implementation of the well-known Aho-Corasick algorithm to effectively store and query the appropriate transition classes in a hardware architecture that features Bloom Filters and CAM-RAM look-up tables. The Bloom Filter in this architecture is realized as a DBF-SMM. The proposed SMM achieves a memory efficiency that is superior to all previous SMM designs together with fast and scalable hardware design.
Benzer Tezler
- Çoklu otonom insansız hava araçları için paralel programlama tabanlı yol planlaması
Parallel programming based path planning for multi autonomous unmmaned vehicles
ÖMER ÇETİN
Doktora
Türkçe
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHava Harp Okulu KomutanlığıBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRAY YILMAZ
- OFDM tabanlı temel bant WIMAX fiziksel katman vericinin FPGA üzerinde gerçeklenmesi
Implementation of OFDM based WIMAX physical layer baseband transmitter on FPGA
AHMET TANSU AKTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KARTAL
- A methodology for energy optimization of buildings considering simultaneously building envelope HVAC and renewable system parameters
Binalarda yapı kabuğu, mekanik sistemler ve yenilenebilir enerji sistemleri parametrelerinin eş zamanlı enerji optimizasyonu için bir yöntem
MELTEM BAYRAKTAR
Doktora
İngilizce
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ZERRİN YILMAZ
PROF. DR. MARCO PERINO
- Dağıtık veri tabanlarında sorgu optimizasyonu
Query optimization of distributed database systems
BANU TEZEL
- Topology and bandwidth adaptation in optical WDM backbone networks with dynamic traffic
Değişken veri trafikli optik WDM omurga ağlarında topoloji ve bant genişliği uyarlama
AYŞEGÜL GENÇATA
Doktora
İngilizce
2003
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET BÜLENT ÖRENCİK